现实系统向Massive MIMO提出的实际挑战

在现实场景中实现massive MIMO时，还有其他实际问题需要考虑。举个例子，假设一个天线阵列有32个发射(Tx)信道和32个接收(Rx)信道，工作在3.5 GHz频段。那么需要放置64个RF信号链，在给定工作频率下，天线间距约为4.2 cm。这说明，有大量硬件需装入一个很小的空间中。它还意味着会耗散大量功率，不可避免会带来温度问题。ADI公司的集成收发器为此类问题提供了高效解决方案。下一节将详细讨论AD9371。

上文讨论了利用系统的互易性来大幅削减信道估计和信号处理开销。图10显示了一个实际系统中的下行链路信道。它分为三个部分：空中信道(H)、基站发射RF路径的硬件响应(TBS)和用户接收RF路径的硬件响应(RUE)。上行链路与此相反，RBS表征基站接收硬件RF路径，TUE表征用户发射硬件RF路径。互易性假设虽然对空中接口成立，但对硬件路径不成立。由于迹线不匹配、RF路径间同步不佳和温度相关的相位漂移，RF信号链会给系统带来误差。

图10.实际下行链路信道

对RF路径中的所有LO（本振）PLL使用同一同步参考时钟，并对基带数字JESD204B信号使用同步SYSREF，有助于解决RF路径间的延迟问题。但在系统启动时，RF路径之间仍会有通道间的相位失配，由温度引起的相位漂移会进一步扩大此问题。因此很显然，系统在启动时需要需要初始化校准，此后运行中需要周期性校准。通过校准可实现互易性优势，使信号处理复杂度维持在基站，并且只需要表征上行链路信道。这样可获得一般意义上的简化，从而仅需要考虑基站RF路径（TBS和RBS）。

有多种方法可校准这些系统。一种是在天线阵列前面放置一个校准天线，利用此校准天线来校准接收和发射RF信道。以这种在阵列前方放置一根天线的方式是否满足实际系统校准的需求，是有疑问的。另一种方法是利用阵列中现有天线之间的互藕作为校准机制，这有很高的可行性。最简单直接的方法或许是在基站中的天线之前增加一些无源耦合路径。这会增加硬件复杂性，但应能提供一个鲁棒的校准机制。为了全面校准系统，从一个指定校准发射信道发送一个信号，所有RF接收路径通过无源耦合连接接收该信号。然后，每个发射RF路径依次发送一个信号，该信号在各天线的耦合点被接收，被传回到一个合路器，再被送至指定校准接收路径。温度相关效应的变化一般很慢，故与信道特性不同，无需频繁执行温度相关校准。

ADI公司收发器和Massive MIMO

ADI公司的集成收发器产品系列特别适合需要高密度RF信号链的应用。AD9371具有2个发射路径、2个接收路径和一个观测接收机，并有3个小数N分频PLL用于RF LO生成，采用12 mm × 12 mm封装。这一无与伦比的集成度使得制造商能够及时且经济高效地创建复杂系统。

图11显示了一个使用多个AD9371收发器的可能系统实现。该系统有32个发射信道和32个接收信道，采用16个AD9371收发器。三个AD9528时钟发生器为系统提供PLL参考时钟和JESD204B SYSREF。AD9528是一款双级PLL，提供14路LVDS/HSTL输出，集成JESD204B SYSREF发生器，可用于多器件同步。AD9528排列成扇出缓冲配置，其中一个用作主器件，它的一些输出用于驱动时钟输入和从器件的SYSREF输入。图中包括一个可能的无源校准机制—如绿色和橙色部分所示—一个专用发射和接收信道通过分相器/合相器校准所有接收和发射信号路径，正如上一节所述。

图11.采用ADI公司AD9371收发器的32 Tx、32 Rx massive MIMO射频头框图

结语

Massive MIMO空间复用有望成为蜂窝通信领域的革命性技术，其支持在高流量城市区域实现更高的蜂窝容量和效率。它利用了多路径传播所带来的分集性，允许基站与多位用户之间使用同一时间和频率资源进行数据传输。基站天线与用户之间的信道具有互易性，故所有复杂的信号处理可以保留在基站进行，信道表征可以在上行链路中完成。ADI公司的RadioVerse™系列集成收发器产品支持在小的空间中实现多通路的RF路径，因此非常适合massive MIMO应用。